WO2012000647A1 - Werkzeugträger mit einer verstärkung aus jutefaser, sowie spritzgiessverfahren zur herstellung eines solchen werkzeugträgers - Google Patents

Werkzeugträger mit einer verstärkung aus jutefaser, sowie spritzgiessverfahren zur herstellung eines solchen werkzeugträgers Download PDF

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granules
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Gerd Eisenblätter
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    • B24D9/08—Circular back-plates for carrying flexible material

Definitions

  • granules is used as a synonym for starting materials that are present in particulate form and can be further processed by injection molding to the final product.
  • the term granules may stand for one type of granulate, but also for the combination of several types of granules.
  • Crucial in the use of granules is that the starting materials are not mixed as raw materials, but already preprocessed in particulate form, so for example in the form of grains, pellets or flakes, the injection molding process.
  • Under jute fibers bast fibers are understood to have a bundle structure whose fiber bundle lengths (short and long fibers) can be set variably depending on the application.
  • the jute fibers For processing by injection molding, the jute fibers must have a good bond to the thermoplastic matrix material.
  • Particularly preferred are jute fibers of the "Hessian warp” or “Hessian weft” type, in their usual meaning in the corresponding specialist circles.
  • a tool carrier according to the invention has improved mechanical and thermal properties. These are z. B. a very high flexural strength and impact resistance with an equally given elasticity, these properties being maintained even at higher temperatures. Depending on the proportion of jute fibers as reinforcement of the thermoplastic matrix material, the elasticity and flexibility of the tool carrier can be adjusted over its entire surface. An over its entire surface flexible tool carrier allows an application at high speeds. Due to the stability and high elasticity of the tool holder gains the necessary for the use of fracture safety. Furthermore, a tool carrier according to the invention has a splinter-free fracture behavior and thus offers a high resistance to fracture, which is constant over the entire tool carrier.
  • thermoplastic matrix material polyvinyl chloride, polyetheretherketone, polyethylene terephthalate, polycarbonate, acrylonitrile butadiene Styrene, polylactate, polymethyl methacrylate, polyacrylonitrile, polyamides, polyesters or polyacrylates, more preferably polyethylene, polypropylene or polystyrene, or mixtures thereof.
  • an adhesion promoter such as maleic anhydride, silane, polyvinyl alcohol or polyvinyl acetate, add.
  • Aramid fibers and polyacrylonitrile fibers are high-performance fibers which have a high tensile strength, which can have a positive effect on the mechanical properties of the tool carrier to be produced.
  • these fibers are provided with a fiber length between 4 and 10 mm.
  • the fibers may be added as a raw material to the granules before the injection molding or initially processed into granules and then injection molded together with the other granules.
  • fillers or auxiliaries can be added to the granules in raw material or granular form.
  • Fillers may consist of natural fibers such as hemp fibers, flax fibers, kenaf fibers, bamboo fibers, coconut fibers, cellulose fibers, cotton fibers, sisal fibers or wood fibers.
  • pellets or flakes In order to obtain a free-flowing molding composition for the injection molding process, it is expedient to provide the granules in the form of pellets or flakes.
  • the pellets may be spherical or cylindrical.
  • a preferred development is pellets containing compressed thermoplastic matrix material, jute fibers and optionally additional substances, such as a bonding agent and / or other fibers.
  • the dimensionally stable and rotationally symmetrical reinforced with natural fibers tool carrier can be formed for example as a mop, roller-like and solid trained tool carrier or as a support plate for grinding and / or polishing.
  • the tool carrier is pronounced as a circular disk-shaped support plate for grinding and / or polishing elements.
  • the use of jute fibers as a reinforcing fiber of a thermoplastic matrix material is particularly advantageous for backup plates, because they are exposed to high mechanical and thermal loads.
  • the support plate thickness is constant in the axial direction over the entire support plate.
  • the reinforcement with jute fibers has a positive effect on the mechanical properties (eg flexural rigidity, resistance to breakage and impact resistance), so that the backing pad does not have to be made thicker, as usual, at particularly heavily loaded areas.
  • a support plate thickness in the axial direction between 3.8 cm and 4.5 cm, more preferably between 4.2 cm and 4.3 cm, has a positive effect on the mechanical properties at a low cost of materials.
  • the backing pad has a step offset region which is planar and parallel to a tool support surface, the thicknesses of the tool support surface and the offset region being equal. Due to the reinforcement with jute fibers, which has a positive effect on the mechanical properties, the entire backing pad, even in the staggered area, can be manufactured with a constant thickness.
  • the reinforcement of the support plate with jute fibers also has the advantage that the support plate has a low weight of, for example, 35 to 45 g with a diameter of 105 to 120 mm. This facilitates the handling of the support plate in tool operation.
  • granules containing a (preferably black) dye content of 1 to 2 wt .-% may be incorporated into the granules comprising jute fibers and thermoplastic matrix material, or may be present as granules (for example in the form of a masterbatch).
  • the dye in the form of color pigments or powder can be admixed with the proportion of 1 to 2% by weight of the granules for the injection molding process.
  • Injection-molded tool carriers usually have very smooth surfaces, with low roughness. In order to facilitate the handling of the tool carrier, for example when loading or replacing, it is advantageous that at least one surface of the tool carrier between stage 30 and 36, preferably stage 31, (according to VDI Guideline 3400) is eroded.
  • a preferred development is formed with a tool support surface, in which a grid is impressed.
  • the grid lines which are preferably perpendicular to each other, leave areas that have a square base area and run upwards in a pyramid shape.
  • the adhesive can run between the pyramidal raised areas in the lower lying grid lines (channels) and thus improve the adhesive performance.
  • the free-flowing granulate is first melted by passing it through a mass funnel of a rotating and heated snail is supplied. If the pad formed before the screw tip of molten granules sufficient to create the tool carrier, the screw rotation is stopped, the screw advanced and thereby pressed the melt under pressure in a usually tempered tool.
  • the granules include jute fibers and thermoplastic matrix material and has a jute content of 20 to 35 wt .-%.
  • the granules are pellets or flakes and contains the thermoplastic matrix material polypropylene, polyethylene or polystyrene.
  • the granules which contains at least jute fibers and thermoplastic matrix material, are melted during the injection molding process, the jute fibers generally turn brownish.
  • titanium dioxide may be in powder form.
  • the titanium dioxide is pre-processed into granules and can be used together with the other granules for injection molding.
  • the tool carrier thus produced has a foam core, which is surrounded by a compact and stable outer skin, whereby the weight of the tool carrier is reduced.
  • a gas nitrogen, for example
  • the propellant decomposes, releasing a gas (nitrogen, for example) that mixes with the granules.
  • a gas in the tool can be pressurized prior to injecting the molten granules.
  • the molten granules displace the gas from the tool, while the gas pressure is readjusted accordingly.
  • At least one Roughen surface preferably the back, of the tool carrier.
  • a thermal removal method preferably by erosion, a rough structure (level 30 to 36 according to VDI Guideline 3400) of the surface is set.
  • FIG. 1 shows a tool carrier according to a first embodiment.
  • FIG. 2 shows a tool carrier according to a second embodiment
  • FIG 3 shows a tool carrier according to a third embodiment in plan view.
  • FIG. 4 shows a tool carrier according to the third embodiment in side view.
  • FIG. 5 shows a tool carrier according to the third embodiment along the section line V-V according to FIG. 3.
  • Fig. 1 shows a tool carrier according to a first embodiment, a so-called Schleifmop 1 1, which has a solid cylindrical tool carrier 15, with a fiber reinforcement by Jutemaschinen 31 and with radially arranged grinding elements 1 7 in the form of abrasive slats.
  • an axis 19 is inserted centrally, via which the grinding mop 1 1 is connected to a rotary drive.
  • the tool support surface 21 is the lateral surface of the cylindrical tool carrier 15, with the grinding elements 17 being received by or attached to this lateral surface and projecting radially therefrom.
  • the grinding elements 1 7 are omitted for the purpose of better illustration to illustrate the jute fibers 31 in the area of the tool support surface 21. Furthermore, here a partial area is shown broken away in order to illustrate the jute fibers 31 in the interior of the solidly formed tool carrier 15.
  • Fig. 2 shows a roller-like and solid trained tool carrier 23, on the tool support surface 25 in the working mode an endless grinding or polishing belt 27 rolls.
  • the grinding element, ie, the endless grinding belt 27, of the tool support surface 25 is not as in the embodiment shown in FIG. 1 by a fabric closure or form fit (this includes a Velcro fastening or the like), but essentially by a frictional connection (Friction) recorded.
  • the tool carrier 23 has an axial opening 29 which serves to connect to a rotary drive, not shown.
  • a section of the also containing jute fibers 31 tool carrier 23 is again shown broken up to illustrate the distributed here in the interior of the solid tool carrier 23 Jutemaschinen 31.
  • a flapper disc 1 which consists of a support plate 7 and 5 sanding elements, wherein the grinding elements 5 are formed in the form of grinding blades and received by a tool support surface 9 of the support plate 7 and secured thereto.
  • the support plate 7 is circular disk-shaped and has a hollow-cylindrical opening 3 in the center of the circle, which serves to connect the flapper disc 1 with a rotary drive (not shown).
  • the tool support surface 9 has no smooth surface, but has a (not shown) grid-shaped pattern, which is embossed in the surface. By the resulting areas (perpendicular grating lines) more adhesive can be added and the adhesive bond with which the grinding elements 5 are fixed to the tool support surface 9, is stronger.
  • a fiber reinforcement of jute fibers having a length in a range of 2 to 4 mm, preferably 3 mm.
  • the jute fibers are shown schematically and designated 31.
  • some grinding elements to illustrate the jute fibers 31 in this area.
  • a partial area is shown broken up in order to also illustrate the jute fibers 31 homogeneously distributed in the interior of the support plate 7.
  • the incorporated jute fibers 31 cause a very high bending stiffness and impact resistance with an equally given elasticity.
  • temperature-dependent properties in particular the temperature stability, are also improved.
  • Fig. 4 shows a side view of the support plate 7 of FIG. 3, which has on the front side 43, the flat tool support surface 9 for receiving the grinding elements 5, not shown here.
  • the support plate 7 On the back 45, the support plate 7 has a so-called Flanschbuckel 47, which serves to receive a flange, thread or threaded flange (not shown).
  • FIG. 5 the cross section of the support plate 7 along the section line VV of FIG. 3 is shown.
  • the flat tool support surface 9 is annular with a ring width of preferably 25.67 mm. It encloses a region 41 offset from the plane of the tool support surface 9 by a step of height t, the height t being 3.5 mm in the illustrated example.
  • the region 41 is flat and formed parallel to the tool support surface 9 and is lowered with respect to the tool support surface 9 in the direction of the rear side 45 of the support plate 7.
  • the offset portion 41 forms the flange boss 47, as shown in FIG.
  • the bottom 53 of the area 41 is flat and parallel to the tool support surface 9 and has a hollow cylindrical opening 3.
  • the diameter of the bottom 53 is 45.24 mm and the diameter of the opening 3 is 22.3 mm.
  • the central opening 3 may have a flange (not shown) or a thread to connect a drive shaft of a drive machine with the support plate 7. Alternatively, a threaded flange can be used, which then comes to rest on the bottom 53 of the area 41.
  • the walls 51 of the offset portion 41 are inclined with respect to the bottom 53 and form rounded transitions between the bottom 53 of the portion 41 and the tool support surface 9.
  • the radius R1 of the curves between the bottom 53 and walls 51 of the portion 41 on the Front 43 of the support plate 7 preferably 10, 6 mm, on the back 45 of the support plate 7, the radius R2 is preferably 10 mm.
  • the radius R3 of the rounding between the walls 51 of the region 41 and the tool support surface 9 on the back 45 of the support plate 7 is 15 mm.
  • the thickness d of the entire support plate 7, that is to say the thickness of the annular tool support surface 9, the walls 51 and the bottom 53 of the region 41, is 4.4 mm.
  • the total support plate height h is then the sum of the thickness d of the support plate 7 and the height t of the step by which the region 41 is offset from the tool support surface 9.
  • the diameter of the support plate 7 is 116.5 mm.
  • the entire back 45 of the support plate 7 is roughened by erosion according to VDI Guideline 3400 Level 31 (not shown).

Abstract

Die Erfindung betrifft einen formstabilen und rotationssymmetrischen mit Naturfasern verstärkten Werkzeugträger (7, 15, 23), der mit einem Drehantrieb verbindbar ist und der wenigstens eine Werkzeugauflagefläche (9, 21, 25) zur Aufnahme von mindestens einem Schleif- und/oder Polierelement (5, 15, 27) aufweist, wobei dieser Werkzeugträger (7, 15, 23) mittels einer Spritzgießtechnik unter Verwendung von Granulat hergestellt ist. Aufgabe der Erfindung ist es, die mechanischen Eigenschaften eines Werkzeugträgers (7, 15, 23) der oben genannten Art ohne nachteiligen Einfluss auf dessen Herstellbarkeit zu verbessern. Für die Lösung dieser Aufgabe wird ein Granulat für ein Spritzgießverfahren verwendet, welches sich im Wesentlichen aus Jutefasern (31) und thermoplastischem Matrixmaterial zusammensetzt. Die Erfindung betrifft ferner ein Spritzgießverfahren zur Herstellung eines solchen Werkzeugträgers (7, 15, 23), wobei zunächst Granulat plastifiziert und anschließend unter Druck in einen formgebenden Hohlraum eingespritzt wird.

Description

WERKZEUGTRÄGER MIT EINER VERSTÄRKUNG AUS JUTEFASERN, SOWIE SPRITZGIEBVERFAHREN
ZUR HERSTELLUNG EINES SOLCHEN WERKZEUGTRÄGERS
[0001 ] Die Erfindung betrifft einen formstabilen und rotationssymmetrischen mit Naturfasern verstärkten Werkzeugträger, der mit einem Drehantrieb verbindbar ist und der wenigstens eine Werkzeugauflagefläche zur Aufnahme von mindestens einem Schleif- und/oder Polierelement aufweist, wobei dieser Werkzeugträger mittels einer Spritzgießtechnik unter Verwendung von Granulat hergestellt ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Spritzgießverfahren zur Herstellung eines solchen Werkzeugträgers, wobei zunächst Granulat plastifiziert und anschließend unter Druck in einen formgebenden Hohlraum eingespritzt wird.
[0002] Ein Werkzeugträger der betreffenden Art ist aus der EP 1 105 252 B1 desselben Anmelders bekannt. Ein solcher Werkzeugträger dient zur Aufnahme wenigstens eines Schleif- und/oder Polierelements. Verschiedene Ausführungsformen eines solchen Werkzeugträgers sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Figuren erläutert. Um besonders gute mechanische Eigenschaften des Werkzeugträgers, wie zum Beispiel ein hohes Energieaufnahmevermögen bei schlag- oder stoßartiger Beanspruchung, zu erhalten, weist dieser eine Verstärkung durch Fasern (Faserverstärkung) auf, wobei die Fasern durch einen Binder bzw. durch ein Matrixmaterial verfestigt bzw. in dieses eingebunden sind. Zur Verbesserung der Umweltbilanz ist ferner vorgesehen, dass es sich bei den Fasern um Naturfasern handelt, die aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt sind. Ein aus der EP 1 105 252 B1 bekannter Werkzeugträger wird in einem Spritzgießverfahren hergestellt, wobei das Material bzw. der Werkstoff in Form von Granulat bereitgestellt wird und dieses Granulat bereits die wesentlichen Bestandteile Naturfasern und Matrixmaterial enthält. Die Herstellung mittels Granulat hat sich bewährt und gestaltet sich besonders einfach und kostengünstig.
[0003] Eine Aufgabe der Erfindung ist es, die mechanischen Eigenschaften eines Werkzeugträgers der oben genannten Art ohne nachteiligen Einfluss auf dessen Herstellbarkeit zu verbessern. [0004] Diese Aufgabe wird gelöst mit einem erfindungsgemäßen Werkzeugträger, der unter Verwendung von Granulat, welches Jutefasern und thermoplastisches Matrixmaterial umfasst und einen Jutefaseranteil von 20 bis 35 Gew.-% aufweist, erhältlich ist. Diese Aufgabe wird ferner gelöst mit einem erfindungsgemäßen Spritzgießverfahren zur Herstellung eines Werkzeugträgers, bei welchem das Granulat Jutefasern und thermoplastisches Matrixmaterial umfasst und einen Jutefaseranteil von 20 bis 35 Gew.- % aufweist. Die Lösung der Aufgabe erstreckt sich ferner auf eine erfindungsgemäße Verwendung des Granulats mit Jutefasern und thermoplastischem Matrixmaterial zur Herstellung eines Werkzeugträgers, wobei der Anteil an Jutefasern 20 bis 35 Gew.-% beträgt. Die jeweils abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
[0005] Der Begriff Granulat wird als Synonym für Ausgangsmaterialien verwendet, die in partikulärer Form vorliegen und mittels Spritzgießverfahren zum Endprodukt weiter verarbeitet werden können. Dabei kann der Begriff Granulat für eine Sorte von Granulat, aber auch für die Kombination mehrerer Sorten Granulat stehen. Entscheidend bei der Verwendung von Granulat ist, dass die Ausgangsmaterialien nicht als Rohstoffe, sondern schon vorverarbeitet in partikulärer Form, also beispielsweise in Form von Körnern, Pellets oder Flakes, dem Spritzgießprozess beigemischt werden.
[0006] Unter Jutefasern werden Bastfasern mit einer Bündelstruktur verstanden, deren Faserbündellängen (Kurz- und Langfasern) je nach Anwendungsgebiet variabel eingestellt werden können. Für die Verarbeitung im Spritzgießverfahren müssen die Jutefasern eine gute Bindung an das thermoplastische Matrixmaterial aufweisen. Besonders bevorzugt sind dabei Jutefasern des Typs "Hessian warp" oder "Hessian weft", in ihrer in den entsprechenden Fachkreisen üblichen Bedeutung.
[0007] Im Ergebnis weist ein erfindungsgemäßer Werkzeugträger verbesserte mechanische und thermische Eigenschaften auf. Diese sind z. B. eine sehr hohe Biegesteifigkeit und Schlagfestigkeit bei einer gleichfalls gegebenen Elastizität, wobei diese Eigenschaften auch bei höheren Temperaturen erhalten bleiben. Je nach Anteil an Jutefasern als Verstärkung des thermoplastischen Matrixmaterials kann die Elastizität und Flexibilität des Werkzeugträgers über seine gesamte Fläche eingestellt werden. Ein über seine gesamte Fläche flexibler Werkzeugträger ermöglicht eine Anwendung bei hohen Drehzahlen. Durch die Stabilität bei hoher Elastizität gewinnt der Werkzeugträger die für den Einsatz notwendige Bruchsicherheit. Des Weiteren weist ein erfindungsgemäßer Werkzeugträger ein splitterfreies Bruchverhalten auf und bietet dadurch eine hohe Bruchsicherheit, die über den gesamten Werkzeugträger konstant ist.
[0008] Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das thermoplastische Matrixmaterial Polyvinylchlorid, Polyetheretherketon, Polyethylenterephthalat, Polycarbonat, Acrylnitril-Butadien- Styrol, Polylactat, Polymethylmethacrylat, Polyacrylnitril, Polyamide, Polyester oder Polyacrylate, besonders bevorzugt Polyethylen, Polypropylen oder Polystyrol, oder Gemische derselben, enthält. Um die Bindung der Jutefasern mit der thermoplastischen Kunststoff matrix zu erhöhen, wird zusätzlich ein Haftvermittler, beispielsweise Maleinsäureanhydrid, Silan, Polyvinylalkohol oder Polyvinylacetat, zuzugeben.
[0009] Es ist weiterhin vorteilhaft, dem Granulat Aramidfasern und/oder Polyacrylnitril-Fasern beizugeben. Aramidfasern und Polyacrylnitril-Fasern sind Hochleistungsfasern, die eine hohe Zugfestigkeit aufweisen, was sich auf die mechanischen Eigenschaften des herzustellenden Werkzeugträgers positiv auswirken kann. Bevorzugt werden diese Fasern mit einer Faserlänge zwischen 4 und 10 mm bereitgestellt. Dabei können die Fasern als Rohstoff dem Granulat vor dem Spritzgießverfahren zugegeben werden oder zunächst zu Granulat verarbeitet und danach zusammen mit dem übrigen Granulat spritzgegossen werden.
[0010] Des Weiteren können Füll- oder Hilfsstoffe in Rohstoff- oder Granulatform dem Granulat beigemischt werden. Füllstoffe können dabei aus Naturfasern, wie zum Beispiel Hanffasern, Flachsfasern, Kenaffasern, Bambusfasern, Kokosfasern, Zellulosefasern, Baumwollfasern, Sisalfasern oder Holzfasern bestehen.
[001 1 ] Um eine rieselfähige Formmasse für das Spritzgießverfahren zu erhalten, ist es zweckmäßig, das Granulat in Form von Pellets oder Flakes bereitzustellen. Die Pellets können kugel- oder zylinderförmig sein. Durch die Verdichtung der Ausgangsmaterialien bzw. Rohstoffe zu Pellets oder Flakes wird die Schüttdichte im Vergleich zu den Ausgangsmaterialien wesentlich erhöht. Eine bevorzugte Weiterbildung stellen Pellets dar, die verdichtetes thermoplastisches Matrixmaterial, Jutefasern und gegebenenfalls zusätzliche Stoffe, wie zum Beispiel einen Haftvermittler und/oder weitere Fasern, enthalten.
[0012] Der formstabile und rotationssymmetrische mit Naturfasern verstärkte Werkzeugträger kann beispielsweise als Mop, walzenartiger und massiv ausgebildeter Werkzeugträger oder als Stützteller für Schleif- und/oder Poliermittel ausgebildet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Werkzeugträger als kreisscheibenförmiger Stützteller für Schleif- und/oder Polierelemente ausgeprägt. Der Einsatz von Jutefasern als Verstärkungsfaser eines thermoplastischen Matrixmaterials ist besonders bei Stütztellern vorteilhaft, weil diese hohen mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt sind.
[0013] Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Stütztellerdicke in axialer Richtung über den gesamten Stützteller konstant. Die Verstärkung mit Jutefasern wirkt sich positiv auf die mechanischen Eigenschaften (u.a. Biegesteifigkeit, Bruchsicherheit und Schlagzähigkeit) aus, sodass der Stützteller nicht, wie sonst üblich, an besonders stark belasteten Stellen dicker ausgebildet sein muss. [0014] Eine Stütztellerdicke in axialer Richtung zwischen 3,8 cm und 4,5 cm, besonders bevorzugt zwischen 4,2 cm und 4,3 cm, wirkt sich bei einem geringem Materialaufwand positiv auf die mechanischen Eigenschaften aus.
[001 5] Es ist weiterhin zweckmäßig, dass der Stützteller einen um eine Stufe versetzten Bereich besitzt, der plan und parallel zu einer Werkzeugauflagefläche ist, wobei die Dicken der Werkzeugauflagefläche und des versetzten Bereichs gleich groß sind. Durch die Verstärkung mit Jutefasern, die sich positiv auf die mechanischen Eigenschaften auswirkt, kann der gesamte Stützteller, auch in dem versetzten Bereich, mit einer konstanten Dicke gefertigt werden.
[0016] Die Verstärkung des Stütztellers mit Jutefasern hat femer den Vorteil, dass der Stützteller ein geringes Gewicht von zum Beispiel 35 bis 45 g bei einem Durchmesser von 105 bis 120 mm aufweist. Damit wird die Handhabung des Stütztellers im Werkzeugbetrieb erleichtert.
[001 7] Zur besseren Unterscheidbarkeit von mit Jutefasern verstärkten und nicht verstärkten Werkzeugträgern ist es vorteilhaft, Granulat zu verwenden, welches einen (bevorzugt schwarzen) Farbstoffanteil von 1 bis 2 Gew.-% enthält. Dabei kann der Farbstoff in das Granulat, welches Jutefasern und thermoplastisches Matrixmaterial umfasst, eingearbeitet sein, oder selbst als Granulat (beispielsweise in Form eines Masterbatches) vorliegen. Alternativ kann der Farbstoff in Form von Farbpigmenten bzw. - pulver mit einem Anteil von 1 bis 2 Gew.-% dem Granulat für den Spritzgießprozess beigemischt werden.
[0018] Spritzgegossene Werkzeugträger weisen üblicherweise sehr glatte Oberflächen, mit geringer Rauhtiefe auf. Um den Umgang mit dem Werkzeugträger, zum Beispiel beim Bestücken oder Auswechseln, zu erleichtern, ist es vorteilhaft, dass zumindest eine Oberfläche des Werkzeugträgers zwischen Stufe 30 und 36, bevorzugt Stufe 31 , (nach VDI-Richtlinie 3400) erodiert ist.
[0019] Um Schleiflamellen auf der Werkzeugauflagefläche mithilfe eines Klebstoffes zu befestigen, ist eine bevorzugte Weiterbildung mit einer Werkzeugauflagefläche ausgebildet, in welche ein Gitter eingeprägt ist. Die Gitterlinien, welche vorzugsweise senkrecht aufeinander stehen, lassen Bereiche stehen, die eine quadratische Grundfläche haben und nach oben pyramidenförmig zulaufen. Der Klebstoff kann zwischen die pyramidenförmigen erhabenen Bereiche in die tiefer liegenden Gitterlinien (Kanäle) hineinlaufen und somit die Klebeleistung verbessern.
[0020] Für das Spritzgießverfahren zur Herstellung eines Werkzeugträgers gelten analog die den erfindungsgemäßen Werkzeugträger betreffenden Erläuterungen. Es ist vorgesehen, dass das rieselfähige Granulat zunächst aufgeschmolzen wird, indem es über einen Massetrichter einer rotierenden und be- heizten Schnecke zugeführt wird. Wenn das vor der Schneckenspitze gebildete Polster an aufgeschmolzenem Granulat zur Erstellung des Werkzeugträgers ausreicht, wird die Schneckenrotation gestoppt, die Schnecke vorgeschoben und dabei die Schmelze unter Druck in ein üblicherweise temperiertes Werkzeug gedrückt. Das Granulat umfasst dabei Jutefasern und thermoplastisches Matrixmaterial und weist einen Jutefaseranteil von 20 bis 35 Gew.-% auf.
[0021 ] Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung liegt das Granulat als Pellets oder Flakes vor und enthält das thermoplastische Matrixmaterial Polypropylen, Polyethylen oder Polystyrol.
[0022] Wird das Granulat, welches zumindest Jutefasern und thermoplastisches Matrixmaterial enthält, während des Spritzgießprozesses aufgeschmolzen, färben sich die Jutefasern in der Regel bräunlich. Um dieser Verfärbung der Jutefasern entgegenzuwirken, ist es vorteilhaft, dem Granulat Titandioxid beizugeben. Das Titandioxid kann in Pulverform vorliegen. Bevorzugt ist das Titandioxid zu Granulat vorverarbeitet und kann zusammen mit dem übrigen Granulat zum Spritzgießen verwendet werden.
[0023] Um das Gewicht eines mit diesem Spritzgießverfahren hergestellten Werkzeugträgers zu verringern, ist es zweckmäßig, ein physikalisches oder chemisches Treibmittel dem Granulat noch vor oder während der Plastifizierung zuzuführen. Der so hergestellte Werkzeugträger besitzt einen Schaumkern, welcher von einer kompakten und stabilen Außenhaut umgeben ist, wodurch das Gewicht des Werkzeugträgers reduziert wird. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Stickstoff freisetzendem Treibmittel in Granulatform. Während das Granulat aufschmilzt, zersetzt sich das Treibmittel und setzt dabei ein Gas (Stickstoff beispielsweise) frei, welches sich mit dem Granulat mischt. Beim Einspritzen in das Werkzeug expandiert das Gas und erzeugt so den Schaumkern. Alternativ kann vor dem Einspritzen des aufgeschmolzenen Granulates ein Gas im Werkzeug (Hohlraum) unter Druck gesetzt werden. Während des Einspritzens verdrängt das aufgeschmolzene Granulat das Gas aus dem Werkzeug, während der Gasdruck dementsprechend nachgeregelt wird.
[0024] Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung enthält das Granulat einen Farbstoffanteil von 1 -2 Gew.-%, so dass die fertig gestellten Werkzeugträger farblich voneinander unterscheidbar sind. Der Farbstoff ist besonders bevorzugt schwarz und ist entweder weiterer Bestandteil des Granulats, welches zumindest Jutefasern und thermoplastisches Matrixmaterial umfasst, oder wird als Farbgranulat dem übrigen Granulat beigemischt. Alternativ kann der Farbstoff in Pigment- oder Farbform mit einem Anteil von 1 -2 Gew.-% dem Granulat während des Spritzgießprozesses beigegeben werden.
[0025] Um die Handhabung der spritzgegossenen Werkzeugträger, die üblicherweise eine sehr glatte Oberfläche aufweisen, zu verbessern, ist es als weiterer Verfahrensschritt vorteilhaft, zumindest eine Oberfläche, vorzugsweise die Rückseite, des Werkzeugträgers aufzurauen. Durch ein thermisches Abtragsverfahren, vorzugsweise durch Erodieren, wird eine raue Struktur (Stufe 30 bis 36 gemäß VDI- Richtlinie 3400) der Oberfläche eingestellt.
[0026] Nachfolgend wird die Erfindung anhand von drei in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 einen Werkzeugträger gemäß einer ersten Ausführungsform;
Fig. 2 einen Werkzeugträger gemäß einer zweiten Ausführungsform;
Fig. 3 einen Werkzeugträger gemäß einer dritten Ausführungsform in Draufsicht;
Fig. 4 einen Werkzeugträger gemäß der dritten Ausführungsform in Seitenansicht; und
Fig. 5 einen Werkzeugträger gemäß der dritten Ausführungsform entlang der Schnittlinie V-V gemäß Fig. 3.
[0027] Fig. 1 zeigt einen Werkzeugträger gemäß einer ersten Ausführungsform, einen sogenannten Schleifmop 1 1 , der einen massiven, zylindrischen Werkzeugträger 15 aufweist, mit einer Faserverstärkung durch Jutefasern 31 und mit radial angeordneten Schleifelementen 1 7 in Form von Schleiflamellen. In den zylindrischen Werkzeugträger 1 5 ist in dem dargestellten Beispiel mittig eine Achse 19 eingesetzt, über die der Schleifmop 1 1 mit einem Drehantrieb verbindbar ist. Die Werkzeugauflageflä- che 21 ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Mantelfläche des zylindrischen Werkzeugträgers 15, wobei die Schleifelemente 1 7 von dieser Mantelfläche aufgenommen bzw. daran befestigt sind und radial von dieser abstehen. In einem Teilsegment sind die Schleifelemente 1 7 zwecks der besseren Darstellung weggelassen, um die Jutefasern 31 im Bereich der Werkzeugauflagefläche 21 zu veranschaulichen. Ferner ist hier ein Teilbereich aufgebrochen dargestellt, um die Jutefasern 31 im Inneren des massiv ausgebildeten Werkzeugträgers 15 zu veranschaulichen.
[0028] Fig. 2 zeigt einen walzenartigen und massiv ausgebildeten Werkzeugträger 23, auf dessen Werkzeugauflagefläche 25 im Arbeitsbetrieb ein Endlosschleif- oder Polierband 27 abrollt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Schleifelement, d. h. das Endlosschleifband 27, von der Werkzeugauflagefläche 25 nicht wie bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel durch einen Stoffschluss- oder Form- schluss (hierunter fällt auch eine Klettbefestigung oder dergleichen), sondern im Wesentlichen durch eine Kraftschlussverbindung (Reibschluss) aufgenommen. Der Werkzeugträger 23 weist eine axiale Öffnung 29 auf, die der Verbindung mit einem nicht dargestellten Drehantrieb dient. Ein Teilbereich des ebenfalls Jutefasern 31 enthaltenden Werkzeugträgers 23 ist wiederum aufgebrochen dargestellt, um auch die hier im Inneren des massiv ausgebildeten Werkzeugträgers 23 verteilten Jutefasern 31 zu veranschaulichen.
[0029] In Fig. 3 ist eine Fächerschleifscheibe 1 dargestellt, die aus einem Stützteller 7 sowie Schleifelementen 5 besteht, wobei die Schleifelemente 5 in Form von Schleiflamellen ausgebildet und von einer Werkzeugauflagefläche 9 des Stütztellers 7 aufgenommen bzw. daran befestigt sind. Der Stützteller 7 ist kreisscheibenförmig ausgebildet und weist im Kreismittelpunkt eine hohlzylinderförmige Öffnung 3 auf, die zur Verbindung der Fächerschleifscheibe 1 mit einem Drehantrieb (nicht dargestellt) dient. Die Werkzeugauflagefläche 9 weist keine glatte Oberfläche auf, sondern hat ein (nicht dargestelltes) gitter- förmiges Muster, welches in die Oberfläche geprägt ist. Durch die sich ergebenden Bereichen (senkrecht aufeinander stehende Gitterlinien) kann mehr Klebstoff aufgenommen werden und die Klebeverbindung, mit welchem die Schleifelemente 5 an der Werkzeugauflagefläche 9 befestigt sind, wird fester.
[0030] Um die mechanischen Eigenschaften des Stütztellers 7 zu verbessern, ist dieser mit einer Faserverstärkung aus Jutefasern mit einer Länge in einem Bereich von 2 bis 4 mm, bevorzugt 3 mm, versehen. Die Jutefasern sind schematisch dargestellt und mit 31 bezeichnet. Zwecks der besseren Darstellung fehlen in einem Kreissegment des Stütztellers 7 einige Schleifelemente, um in diesem Bereich die Jutefasern 31 zu veranschaulichen. Ferner ist ein Teilbereich aufgebrochen dargestellt, um auch die im Inneren des Stütztellers 7 homogen verteilten Jutefasem 31 zu veranschaulichen. Die eingearbeiteten Jutefasern 31 bewirken eine sehr hohe Biegesteifigkeit und Schlagfestigkeit bei einer gleichfalls gegebenen Elastizität. Ferner werden auch temperaturabhängige Eigenschaften, wie insbesondere die Tempe- raturfestigkeit, verbessert.
[0031 ] Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht des Stütztellers 7 gemäß Fig. 3, der auf der Vorderseite 43 die ebene Werkzeugauflagefläche 9 zur Aufnahme der hier nicht dargestellten Schleifelemente 5 aufweist. Auf der Rückseite 45 besitzt der Stützteller 7 einen sogenannten Flanschbuckel 47, der zur Aufnahme eines Flansches, Gewindes oder Gewindeflansches (nicht dargestellt) dient.
[0032] In Fig. 5 ist der Querschnitt des Stütztellers 7 entlang der Schnittlinie V-V gemäß Fig. 3 dargestellt. Die ebene Werkzeugauflagefläche 9 ist ringförmig mit einer Ringbreite von bevorzugt 25,67 mm ausgebildet. Sie umschließt einen gegenüber der Ebene der Werkzeugauflagefläche 9 um eine Stufe der Höhe t versetzten Bereich 41 , wobei die Höhe t in dem dargestellten Beispiel 3,5 mm beträgt. Der Bereich 41 ist plan und parallel zur Werkzeugauflagefläche 9 ausgebildet und ist bezüglich der Werkzeugauflagefläche 9 in Richtung der Rückseite 45 des Stütztellers 7 abgesenkt. Auf der Rückseite 45 bildet der versetzte Bereich 41 den Flanschbuckel 47, wie in Fig. 4 dargestellt. Der Boden 53 des Bereichs 41 ist eben und parallel zur Werkzeugauflagefläche 9 und weist eine hohlzylinderförmige Öffnung 3 auf. In diesem Beispiel beträgt der Durchmesser des Bodens 53 45,24 mm und der Durchmesser der Öffnung 3 22,3 mm. Die zentrische Öffnung 3 kann einen (nicht dargestellten) Flansch oder ein Gewinde aufweisen, um eine Antriebswelle einer Antriebsmaschine mit dem Stützteller 7 zu verbinden. Alternativ kann ein Gewindeflansch eingesetzt werden, welcher dann auf dem Boden 53 des Bereichs 41 zur Anlage kommt.
[0033] Die Wände 51 des versetzten Bereichs 41 sind gegenüber dem Boden 53 geneigt und bilden abgerundete Übergänge zwischen dem Boden 53 des Bereichs 41 und der Werkzeugauflagefläche 9. Dabei beträgt der Radius R1 der Rundungen zwischen Boden 53 und Wänden 51 des Bereichs 41 auf der Vorderseite 43 des Stütztellers 7 bevorzugt 10, 6 mm, auf der Rückseite 45 des Stütztellers 7 beträgt der Radius R2 bevorzugt 10 mm. Der Radius R3 der Rundung zwischen den Wänden 51 des Bereichs 41 und der Werkzeugauflagefläche 9 auf der Rückseite 45 des Stütztellers 7 beträgt 15 mm. Die Dicke d des gesamten Stütztellers 7, das heißt also die Dicke der ringförmigen Werkzeugauflagefläche 9, der Wände 51 und des Bodens 53 des Bereichs 41 , beträgt 4,4 mm. Die gesamte Stütztellerhöhe h ist dann die Summe aus der Dicke d des Stütztellers 7 und der Höhe t der Stufe, um die der Bereich 41 gegenüber der Werkzeugauflagefläche 9 versetzt ist. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt der Durchmesser des Stütztellers 7 116,5 mm. Die gesamte Rückseite 45 des Stütztellers 7 ist durch Erosion nach VDI-Richtlinie 3400 Stufe 31 aufgeraut (nicht dargestellt).

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Formstabiler und rotationssymmetrischer mit Naturfasern verstärkter Werkzeugträger (7; 15; 23), der mit einem Drehantrieb verbindbar ist und der wenigstens eine Werkzeugauflagefläche (9; 21; 25) zur Aufnahme von mindestens einem Schleif- und/oder Polierelement (5; 17; 27) aufweist, wobei dieser Werkzeugträger (7; 15; 23) mittels einer Spritzgießtechnik unter Verwendung von Granulat erhältlich ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Granulat Jutefasern und thermoplastisches Matrixmaterial umfasst und der Anteil an Jutefasern 20 bis 35 Gew.-% beträgt.
2. Werkzeugträger nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass das thermoplastische Matrixmaterial Polypropylen, Polyethylen oder Polystyrol enthält.
3. Werkzeugträger nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Granulat Aramidfasern und/oder Polyacrylnitril-Fasern enthält.
4. Werkzeugträger nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Granulat als Pellets oder als Flakes ausgebildet ist.
5. Werkzeugträger nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Werkzeugträger ein kreisscheibenförmiger Stützteller (7) für Schleif- und/oder Polierelemente (5) ist.
6. Werkzeugträger nach Anspruch 5
dadurch gekennzeichnet,
dass die Dicke (d) des Stütztellers (7) in axialer Richtung über den gesamten Stützteller (7) konstant ist.
7. Werkzeugträger nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Dicke (d) des Stütztellers (7) zwischen 3,8 mm und 4,5 mm, bevorzugt zwischen 4,2 mm und 4,3 mm, liegt.
8. Werkzeugträger nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein um eine Stufe der Höhe (h) versetzter Bereich (41) plan und parallel zu einer Werkzeugauflagefläche (9) ist und abgerundete Übergänge zu der Werkzeugauflagefläche (9) aufweist, deren Radien (R1; R2; R3) zwischen 10 und 15 mm betragen.
9. Werkzeugträger nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Gewicht des Stütztellers (7) bei einem Durchmesser von 105 bis 120 mm zwischen 35 und 45 g beträgt.
10. Werkzeugträger nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Granulat einen Farbstoffanteil von 1 bis 2 Gew.-% enthält.
11. Werkzeugträger nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest eine Oberfläche des Werkzeugträgers (7; 15; 23) zwischen Stufe 30 und 36 (nach VDI- Richtlinie 3400) erodiert ist.
12. Werkzeugträger nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Werkzeugauflagefläche (9) des Stütztellers (7) gitterförmig ausgeprägt ist.
13. Spritzgießverfahren zur Herstellung eines Werkzeugträgers (7; 15; 23) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zunächst Granulat plastifiziert und anschließend unter Druck in einen formgebenden Hohlraum eingespritzt wird ,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Granulat Jutefasern und thermoplastisches Matrixmaterial umfasst und einen Jutefaseranteil von 20 bis 35 Gew.-% aufweist.
14. Spritzgießverfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Granulat als Pellets oder Flakes vorliegt und das thermoplastische Matrixmaterial Polypropylen, Polyethylen oder Polystyrol enthält.
15. Spritzgießverfahren nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass dem Granulat Titandioxid beigegeben wird.
16. Spritzgießverfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass dem Granulat ein Treibmittel, welches Stickstoff freisetzt, zugegeben wird.
17. Spritzgießverfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Granulat einen Farbstoffanteil von 1 bis 2 Gew.-% enthält.
18. Spritzgießverfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Oberfläche des Werkzeugträgers (7; 15; 23) zwischen Stufe 30 und 36 (nach VDI- Richtlinie 3400) erodiert wird.
19. Verwendung von Granulat mit Jutefasern und thermoplastischem Matrixmaterial zur Herstellung eines Werkzeugträgers (7; 15; 23) gemäß Ansprüchen 1 bis 12, wobei der Anteil an Jutefasern von 20 bis 35 Gew.-% beträgt.
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